电致型形状记忆聚合物复合材料的研究进展

聚合物基复合材料的发展现状和最新进展聚合物基复合材料是由聚合物基质中加入颗粒、纤维或薄片状增强材料制成的材料。

它具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

下面将介绍聚合物基复合材料的发展现状和最新进展。

1.纳米材料的应用：近年来，纳米材料成为聚合物基复合材料的研究热点。

纳米粒子的添加能够提高复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性能。

例如，纳米粒子的添加可以提高聚合物基复合材料的强度和硬度，使其具有更好的抗冲击性能和热阻性能。

2.高性能增强材料的研发：为了提高聚合物基复合材料的力学性能，研究人员不断提出新的增强材料。

例如，石墨烯是一种具有优异力学性能和导电性能的二维纳米材料，已被广泛应用于聚合物基复合材料中。

同时，碳纳米管、纳米纤维和陶瓷纤维等增强材料也在不断研发中，并取得了较好的效果。

3.新型复合材料的研制：除了传统的增强材料外，研究人员还在努力研制新型复合材料。

例如，聚合物基复合材料中加入具有形状记忆功能的材料，可以使复合材料具有形状可逆调变的功能。

此外，聚合物基复合材料中加入具有光敏性能的材料，可以使复合材料具有光刻功能，从而实现微纳米加工和器件制备。

1.可持续性发展：随着环境问题的日益突出，研究人员开始关注聚合物基复合材料的可持续性发展。

他们试图将可持续材料（如生物基材料）应用于聚合物基复合材料中，以减少对环境的影响。

同时，研究人员还探索了聚合物基复合材料的循环利用和回收利用技术，以实现资源的有效利用。

2.多功能复合材料的研究：为了满足不同领域的需求，研究人员开始研究多功能复合材料。

多功能复合材料可以同时具有力学性能、光学性能、导电性能、热学性能等多种功能。

例如，研究人员研制出了具有自修复功能的聚合物基复合材料，可以在受损后自动修复，延长使用寿命。

3.智能复合材料的研制：智能复合材料是指能够根据环境和外界刺激自主调整性能的复合材料。

例如，研究人员设计了具有温度响应性能的聚合物基复合材料，可以根据温度的变化改变其形状和力学性能，实现智能控制。

智能材料的研究进展及其应用前景智能材料是指具有对外界刺激响应能力的材料。

它们能够根据环境的变化自主变形、修改或实现其他特殊的性能。

智能材料包含多种类型，例如形状记忆合金、聚合物材料、电致变材料、光致变材料等。

智能材料应用广泛，包括生物医学、环境治理、能源、航空等领域。

智能材料的研究已有多年历史。

20世纪60年代，美国陆军研究所的研究人员发现了一种新型合金——形状记忆合金。

这种合金具有压缩后自动回复原来形状的特性。

从此，智能材料的研究开始引起人们的关注。

随着科技的不断进步，智能材料的种类与应用也越来越广泛。

聚合物智能材料是一种独特的材料，其中聚合物是一种高分子材料。

聚合物智能材料具有快速响应的特性，而且物理、化学、电学、热学和光学性质都可以通过途径调节。

因为它们的特殊性质，聚合物智能材料被广泛应用于生物医学、环境治理、电子仪器以及新能源研究领域等。

智能材料应用于医疗健康领域在过去十年中取得了长足进展。

例如，生物酶适配体材料是一种获得快速发展的智能材料，是针对DNA、蛋白质、药物等生物物种的排布所设计的。

这种材料可以用于检测生物标志物、诊断许多疾病和癌症，甚至可以治疗某些疾病，如糖尿病、血友病。

环境治理是智能材料的另一应用领域。

例如，来自上海交通大学的一组研究人员已经成功制造出一种新型的光致变色纳米复合材料，其可以根据外界光的强度和波长自愿发生颜色变化。

这种材料在环境治理或者城市规划中可以用于调节建筑外观颜色，增强建筑的吸收光线能力，节约能源。

智能材料的研究应用前景非常广阔。

未来可以预见的应用领域包括建筑行业、电子仪器、能源领域、航空领域以及生物医学领域等。

例如，能在水下自主完成任务的智能机器人将成为未来航空领域发展的一个重要方向。

智能材料在能源领域的应用，也将会极大地优化现有设备的性能，并推动可再生能源的发展应用。

虽然智能材料有许多优点，但是目前其成本较高，制造与应用还存在一定的技术难度。

然而，随着技术的不断进步以及应用领域的不断拓展，智能材料未来的应用前景将会非常广泛。

哈尔滨工业大学科技成果——形状记忆聚合物及其
复合材料
主要研究内容基于形状记忆聚合物的低成本、质量轻、形变量大、良好的生物相容性、生物降解吸收性、易驱动和性能可控等一系列优异性能，研制出多种不同相变温度的形状记忆聚合物材料，提出了适合不同领域应用的形状记忆聚合物多种驱动方法；同时通过将形状记忆聚合物与其他材料复合，开发了医学、航空和航天领域的应用，取得了很好的研究效果，技术水平达到国际先进水平，技术成熟可以大范围推广。

碳纤维增强的环氧形状记忆复合材料铰链展开过程主要应用形状记忆聚合物智能生物材料可用于血栓清除器，骨组织固定器件、手术缝合线、药物定点释放、和心脏血管支架等医学领域；形状记忆聚合物复合材料可用于可展开天线、可展开桁架、变形机翼等航空、航天复合材料结构。

主要技术指标研制玻璃化转变温度为30-300℃的形状记忆聚合物；所研制的形状记忆聚合物回复率达97%以上。

形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展Value Engineering0引言随着社会的进步和科学技术的发展，一般的材料难以满足日益复杂的环境，因此需要具有自修复功能的智能材料———形状记忆材料。

20世纪50年代以来，各国相继研究出在外加刺激的条件（如光、电、热、化学、机械等）经过形变可以回复到原始形状的具有形状记忆功能的材料，它可分为三大类，形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物材料。

高分子产业的迅速发展，推动了功能高分子材料得到了蓬勃发展。

形状记忆聚合物材料的独特性，广泛应用于很多领域并发展潜力巨大，人们开始广泛关注[1]。

1功能高分子材料研究概况功能高分子材料是20世纪60年代的新兴学科，是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。

由于它的内容丰富、品种繁多、发展迅速，成为新技术革命不可或缺的关键材料，对社会的生活将产生巨大影响。

1.1功能高分子材料的介绍功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子[2]。

1.2功能高分子材料分类可分为两类：第一类：以原高分子材料为基础上进行改性或其他方法，使其成为具有人们所需要的且各项性能更好的高分子材料；第二类：是具有新型特殊功能的高分子材料[3]。

1.3形状记忆功能高分子材料自19世纪80年代发现热致形状记忆高分子材料[4]，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支———形状记忆功能高分子材料。

和其它功能材料相比的特点：首先，原料充足，形变量大，质量轻，易包装和运输，价格便宜，仅是金属形状记忆合金的1％；第二，制作工艺方简便；形状记忆回复温度范围宽，而且容易加工，易制成结构复杂的异型品，能耗低；第三，耐候性，介电性能和保温效果良好。

作者简介：周成飞（1958-），男，研究员，主要从事高分子功能材料及其射线改性技术研究。

收稿日期：2021-03-08超分子聚合物是指利用氢键、金属配位、π-π堆积及离子效应等合成的聚合物。

非共价键结合的超分子聚合物由于其特殊的结构及性能引起了广泛的关注[1~3]。

而形状记忆聚合物就是能够在界刺激下从一种或多种临时形状转变为预定形状，有4种基本类型:热致、电致、光致和化学感应型，在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域的应用[4~6]。

超分子聚合物和形状记忆聚合物的有效结合，就形成了超分子形状记忆聚合物这一新的研究方向。

本文主要就超分子形状记忆聚合物的合成及应用研究进展作一介绍。

1　合成方法超分子形状记忆聚合物一般可包括氢键超分子聚合物、配合物型超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物及离子效应超分子聚合物。

1.1　氢键作用利用氢键相互作用来制备超分子聚合物是超分子形状记忆聚合物的最重要方法。

Chen 等[7,8]曾以BINA 、HDI 和BDO 为原料合成了一系列含吡啶的超分子聚氨酯（PUPys ）。

结果表明，在吡啶基元和氨基甲酸酯基团区域都存在不同的分子间氢键，并且，这种超分子聚氨酯具有良好的形状记忆效果，即有较高的形状固定度（>97%）和较高的形状恢复率（>91.7%）。

Chen 等[9]还用脲基嘧啶酮（UPy ）二聚体合成了强四重氢键交联的聚乙烯醇（PVA ）超分子网络。

研究发现，该材料表现出良好的热致和水致形状记忆性能，形状恢复率接近99%。

并且，在水和碱性溶液（pH 12）中或在低于120 ℃的温度下具有良好的稳定性。

另外，Kashif 等[10]还在3-氨基-1,2,4-三唑存在下，通过熔融共混两种半结晶马来酸酐化弹性体（马来酸酐化乙烯丙烯二烯橡胶和马来酸酐化聚乙烯辛烯弹性体）制备了形状记忆聚合物复合材料，在这两种弹性体之间形成超分子氢键相互作用。

结果表明，该共混物具有良好的形状记忆性能。

收稿日期:2004210214;修改稿收到日期:2004211228。

作者简介:姜敏,女,1972年生,湖北公安人,湖北工业大学高分子材料专业硕士研究生,主要研究领域为高分子材料、复合材料研究与开发。

综　述形状记忆聚合物研究现状与发展姜敏　彭少贤　郦华兴(湖北工业大学,武汉,430068) 摘要:讨论了形状记忆聚合物的类型和特点,综述了聚氨酯、交联聚乙烯、反式1,42聚异戊二烯等形状记忆聚合物的研究进展,分析了形状记忆聚合物的形状记忆机理及其应用,并提出了存在的问题。

关键词:　形状记忆　聚合物　机理　述评 自1960年美国海军试验室Bucher 等人首次发现镍钛合金中的形状记忆效应以来,形状记忆材料在世界范围内引起了广泛的关注,且其研究取得了巨大的进展。

所谓“形状记忆”是指具有初始形状的制品经形变固定之后,通过热能、光能、电能等物理因素以及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素为刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的现象。

形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA ),形状记忆陶瓷(SMC )和形状记忆聚合物(SM P )[1]。

其中形状记忆合金,目前在基础研究和应用开发研究方面取得了巨大进展,并已在航空、航天、医学、工程及人们日常生活领域中得到了广泛的应用。

然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,但由于其具有变形量大,赋形容易,形状响应温度便于调整,且还有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点,都是SMA 所无法比拟的,因而,SM P 以后来者居上的身份成为目前热门的功能材料之一。

1　SMP 的研究进展世界上第1种SM P 是法国的Cdf Chime 公司(即现在的Orkem 公司)于1984年开发的聚降冰片烯。

日本的杰昂( )公司购买这项制造专利后,在进一步的研究中发现了它的形状记忆功能[2]。

目前已工业化生产和实际应用,商品名为NORSO EX 。

近年来,SMP 在国外发展很快,尤其是日本,目前已有多家公司拥有工业化应用的固体粉末(或颗粒)SMP 生产技术。

形状记忆聚合物及其多功能复合材料形状记忆聚合物及其多功能复合材料形状记忆聚合物（shape memory polymers，SMPs）是一种聚合物材料，具有特殊的自修复能力和形状记忆特性。

SMPs的基本特征是具有两种形态：一种是高温下的一种形态，是低弹性模量和高分子链密度的形态；另一种是低温下的一种形态，是高弹性模量和低分子链密度的形态。

SMPs的自修复能力是指在破坏或变形后，该材料可以通过热处理或其他方式恢复原来的形状和性能。

这种自修复能力使得SMPs在医学和航空航天等领域具有广泛的应用前景。

例如，SMPs可以用作医学中的生物医学材料，如微型支架、人工骨骼等，也可以用于制作机器人或机械手等。

SMPs的形状记忆特性是指该材料可以在一定的温度范围内，从一种形态转变为另一种形态，然后随着温度的变化再次恢复原来的形状。

这种形状记忆特性使得SMPs在多种领域具有重要的应用。

例如，SMPs可以用于制作自适应材料，在不同的环境中改变形状，在安全和保护等方面具有良好的应用前景。

在多功能复合材料中，SMPs可以与其他材料相结合，形成一种多功能的复合材料。

这种复合材料具有SMPs的形状记忆特性和其他材料的特点，如导电性、抗菌性和阻燃性等。

例如，SMPs可以与碳纤维相结合，形成一种具有形状记忆特性的复合材料，具有先进的机械性能和良好的导电性能，可以用于制作太空船的结构材料。

总之，形状记忆聚合物及其多功能复合材料在医学、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

随着科技的发展和应用的不断推广，形状记忆聚合物及其复合材料将会更加完善和多样化，为我们的生活带来更多的便利和创新。

形状记忆聚合物材料的制备与性能研究引言：形状记忆聚合物材料是一类具有记忆能力的人工智能材料，可以在受到外界刺激后改变其形状，具有广泛的应用前景。

本文综述了形状记忆聚合物材料的制备方法以及其性能研究，旨在深入了解该领域的最新进展。

第一部分：形状记忆聚合物材料的制备方法形状记忆聚合物材料的制备方法主要包括聚合物合成和形状记忆效应的调控。

在聚合物合成方面，常用的方法有传统的自由基聚合、阴离子聚合和环状聚合等。

此外，近年来，还发展出了一些新的制备方法，例如合成高分子接枝交联聚合物和引入活性单体等。

这些新方法不仅可以提高制备效率，还能赋予聚合物更好的形状记忆效应。

形状记忆效应的调控是实现材料形状记忆的关键步骤。

目前广泛应用的调控方法有两种，一种是通过温度调控，另一种是通过化学调控。

温度调控是利用聚合物的晶体结构和玻璃转变温度控制其形状记忆效应，可实现多次形状转变。

而化学调控则是通过改变聚合物的化学结构和成分，例如引入交联点、功能基团等，来调控其形状记忆效应。

这两种调控方法的结合应用可以实现更多样化和精准的形状记忆效应。

第二部分：形状记忆聚合物材料的性能研究形状记忆聚合物材料的性能研究围绕其形状记忆效应、力学性能和环境响应等方面展开。

形状记忆效应是形状记忆聚合物材料的核心性能之一。

通过调控热致形状记忆效应（Thermo-Responsive Shape Memory，TRSM）和光致形状记忆效应( Photo-Responsive Shape Memory，PRSM) 等，可以使聚合物在受到外界刺激后实现形状变化并恢复初始形状。

而形状记忆速度、恢复率、稳定性等则是评价形状记忆效应的重要指标。

研究表明，合理选择聚合物的结构和调控方法可以显著提高形状记忆效应，提高形状记忆聚合物材料的应用范围。

力学性能是形状记忆聚合物材料的另一个重要性能。

材料应具有一定的弹性模量、拉伸强度和延伸率，以满足在形状记忆过程中的力学要求。

基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开结构
形状记忆聚合物复合材料是一种新型材料，具有形状记忆和自修复等
特性，被广泛应用于空间展开结构中。

空间展开结构是指在空间中能够自动展开和收缩的结构，具有轻便、
高强度、易于运输和安装等优点。

形状记忆聚合物复合材料作为空间
展开结构的材料，具有以下优点：
1.形状记忆特性：形状记忆聚合物复合材料能够根据外界温度、湿度等条件发生形状变化，从而实现自动展开和收缩。

2.自修复特性：形状记忆聚合物复合材料具有自修复能力，能够自动修复受损部位，提高结构的耐久性和可靠性。

3.轻便高强：形状记忆聚合物复合材料具有轻便高强的特性，能够满足空间展开结构对材料轻量化和高强度的要求。

基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开结构具有广泛的应用前景。

例如，在太空探索中，形状记忆聚合物复合材料可以用于制造太空舱、太空站等空间展开结构，实现太空探索的目标。

在地球上，形状记忆
聚合物复合材料可以用于制造帐篷、遮阳棚等空间展开结构，满足人
们对于轻便、易于携带的需求。

总之，基于形状记忆聚合物复合材料的空间展开结构具有广泛的应用前景，可以满足人们对于轻便、高强度、易于运输和安装的需求，是未来材料科学发展的重要方向之一。